现代控制理论__状态反馈控制系统的设计与实现.docx

现代控制理论课程实验报告实验题目：状态反馈控制系统的设计与实现班级姓名学号日期实验目的及内容实验目的：1.1.掌握极点配置定理及状态反馈控制系统的设计方法；1.2.比较输出反馈与状态反馈的优缺点；1.3.训练Matlab程序设计能力。实验内容：2.1.针对一个二阶系统，分别设计输出反馈和状态反馈控制器；2.2.分别测出两种情况下系统的阶跃响应；2.3.对实验结果进行对比分析。2.4.首先应该选取一个既可控又可观测的二阶系统，设置其在未加任何反馈的情况下，观察期波形，可以直观了解系统特性；2.5.其次在前面二阶系统的前提下，加入状态反馈，对系统最后特性产生的变化也可以由示波器来表示，方便直观比较并进行分析；状态反馈2.6.最后对无反馈的二阶系统，加入输出反馈至状态微分，利用仿真示波器观察该情况下的阶跃响应；输出反馈至状态微分实验设备MATLAB 软件PC机实验原理3.1.状态反馈进行极点配置的充分必要条件是：系统完全可控；输出反馈进行极点配置的充分必要条件是：系统完全可观测。3.2.线性定常系统完全可控的充要条件：3.3.线性定常系统完全可观测的充要条件:n为A的维数。3.4极点配置：二阶系统的状态反馈矩阵,输出反馈矩阵。实验步骤4.1.选取一个既可控有可观测的二阶系统，其对应的系统闭环传递函数如：,设置希望配置的闭环极点：。4.2.进行可控、可观测判断：因为系统传递函数的分子、分母不存在零极点对消，故系统可控可观测。4.3.进行极点配置。利用状态反馈或输出反馈使闭环系统的极点位于所希望的极点位置。用状态反馈实现闭环极点配置的充要条件是被控系统可控。状态反馈不改变系统的零点，只改变系统极点。引入状态反馈后，系统可控性不变，但可观测性不能保证。用输出反馈实现闭环极点配置的充要条件是被控系统可观测。可得系统可控标准形实现为：，，设系统状态反馈阵为K=，由:求出相应的。设系统输出反馈矩阵，由：，求出相应的=5和。4.4.创建仿真程序图1 无反馈二阶系统图2 加入状态反馈的二阶系统图3 加入输出反馈的二阶系统4.5.将得出的结果输入到仿真对应的数值，运行仿真程序，查看示波器的图形，并进行比较。实验结果图4 无反馈阶跃响应图5 加入状态反馈的阶跃响应图6 加入输出反馈的阶跃响应结果分析不加反馈的稳定值都趋近1，但改变极点配置时，如 [-3 -4]时加入状态反馈的稳定值趋近0.085、加入输出反馈的稳定值趋近0.085。由此可知、极点配置不一样，稳定值会有所改变；不加反馈和加入状态反馈与加输出反馈的响应时间为7S，但当改变极点配置时，反应时间改变2S，极点配置离虚轴越远，反应时间越快。教师评语